給磁性薄膜'揉'出褶皺，中國科學家打開磁斯格明子調控新維度

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柔性電子設備像皮膚一樣貼合人體，但傳統磁傳感器卻是硬邦邦的鐵疙瘩。這個矛盾困擾了工程師多年。中國科學院寧波材料技術與工程研究所的團隊最近想出了一個妙招。他們像揉紙團一樣給金屬薄膜制造出微褶皺，通過精確控制這些褶皺產生的非均勻應變，首次實現了對磁斯格明子密度和尺寸的高效、可逆調控。這項研究發表在國際材料領域頂級期刊《先進材料》上，為下一代柔性磁傳感器奠定了關鍵基礎。

磁斯格明子是一種納米尺度的磁性渦旋結構。它像微小的磁性泡泡，具有尺寸小、穩定性高、易操控等特性，被認為是下一代高密度磁存儲和傳感器件的理想載體。但在柔性電子場景中，彎曲和拉伸產生的應變會嚴重干擾磁斯格明子的穩定存在。

此前，科學家們主要關注均勻應變對磁性的影響。寧波材料所團隊早期通過襯底彎曲、機械拉伸等方法，已經掌握了均勻應變的定量控制技術。真實柔性器件的變形往往是非均勻的。薄膜在彎曲時，外側受拉、內側受壓，這種應變梯度才是實際工況的常態。

研究團隊創造性地采用預拉伸彈性體襯底（聚二甲基硅氧烷）結合磁控濺射技術。他們在拉伸狀態下生長Pt/Co/Ta多層膜，釋放預應變后，薄膜與襯底間的模量差異導致表面形成規則的微褶皺結構。這種結構在微觀上引入了精確可控的應變梯度，而非簡單的均勻伸縮。

磁力顯微鏡觀測揭示了奇妙的現象。在微褶皺的波峰兩側，磁斯格明子呈現出明顯的非對稱分布。在負應變梯度區域，斯格明子更容易穩定存在，密度高達13μm?2，尺寸膨脹至133nm。而在正應變梯度區域，密度降至1μm?2，尺寸收縮到85nm。

這種調控范圍遠超均勻應變的效果。更重要的是，微磁學模擬揭示了深層機制：應變梯度打破了局域反演對稱性，有效調制了界面Dzyaloshinskii-Moriya相互作用。這種界面效應是穩定斯格明子的關鍵能量項。通過"揉皺"這種看似粗暴實則精細的操作，科學家們實際上在納米尺度上重構了磁性相互作用的空間分布。

這項成果標志著中國在柔性磁電子學領域邁入國際前沿。寧波材料所并非初出茅廬。過去幾年，該團隊系統建立了柔性鐵磁薄膜和交換偏置異質結的應變調控理論體系，發展了多場耦合生長和界面調制等方法。這次將研究拓展至復雜應變場，填補了該領域的認知空白。

縱觀全球，柔性磁傳感是近年來凝聚態物理與柔性電子學交叉的熱點。歐美團隊多專注于單一應變模式下的性能維持，而中國團隊此次展示了利用復雜應變實現主動功能調控的新范式。國內其他力量也在加速布局：中科院物理所、清華大學等團隊在塊體斯格明子材料制備上已有深厚積累；中科大、復旦大學在柔性電子集成工藝上不斷突破。寧波材料所的工作巧妙地連接了材料基礎研究與器件應用需求。

國家自然科學基金對這一系列研究給予了持續支持。這反映了中國在"十四五"期間對關鍵基礎材料與前沿電子器件的戰略布局。柔性磁傳感器兼具非接觸探測和矢量敏感特性，在可穿戴健康監測、軟體機器人觸覺感知、智能防偽等領域具有巨大應用潛力。

實驗室里的新奇現象往往難逃"一次性"的命運。但這次不同。研究團隊驗證了該調控方式具有優異的可逆性和循環穩定性。經過多次拉伸-釋放循環后，褶皺結構保持完整，磁斯格明子的調控能力沒有衰減。這種機械魯棒性解決了柔性磁電器件長期面臨的疲勞失效問題。

該方法還具備良好的普適性。研究團隊指出，這種基于應變梯度的調控策略可以拓展至其他鐵磁多層膜體系，不限于Pt/Co/Ta結構。這意味著一個普適性的技術路線正在形成：通過簡單的機械預拉伸-釋放工藝，就能在多種磁性材料中植入功能化的微納結構。

從均勻應變到非均勻應變，從被動抗干擾到主動利用形變，中國科學家正在重新定義柔性磁電子學的設計哲學。當磁斯格明子們乖乖地排列在人工制造的褶皺山谷中，我們離真正"柔軟"的磁場探測器又近了一步。

該研究成果發表于《先進材料》（Advanced Materials），由中國科學院寧波材料技術與工程研究所團隊完成，研究工作得到國家自然科學基金支持。